Sensoriamento remoto aplicado à caracterização morfométrica e classificação do uso do solo na bacia rio do Peixe/SC

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Sensoriamento remoto aplicado à caracterização morfométrica e classificação do uso do solo na bacia rio do Peixe/SC

Elfride Anrain Lindner1

Karla Gomig1 Masato Kobiyama2

1Universidade do Oeste de Santa Catarina - UNOESC Rua Getúlio Vargas, 2125 - 89600-000 - Joaçaba - SC, Brasil

elfride.lindner@unoesc.edu.br; eng.karla@yahoo.com.br 2Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC Centro Tecnológico (CTC) – Campus Universitário – Trindade

88010-970 – Florianópolis – SC, Brasil kobiyama@ens.ufsc.br

Abstract. This paper focuses on morphometric characterization and land use of Peixe river/SC watershed based on Landsat 7/ETM+ and CBERS images processing. The catchment area was divided in four sub-basins, corresponding to the gauging flow stations of Rio das Antas, Tangará, Joaçaba and Piratuba. The supporting software was ArcView GIS 8.2, geodetic and handheld GPS were used at field. The watershed morphological parameters and hypsometry were calculated resulting in: 5238 km2 (area), 416 km (perimeter), 307 km

(extension of principal river), altitudes 1350 m (max.), 387 m (min.), 876 m (mean) e 900 m (hypsometry). Compacity coefficient of 1.61, sinuosity index over 63%, slope of 2.8 m/km, 42 hours of time concentration were found. Soil use is distributed in 1.8% urban area, 35.5% grazing, 12% annual crops, 6.3% primary forest, 3.2% forest in regeneration, 40.4% reforestation and 1.1% of water bodies. The area of 482.4 km2 (9.2%) has

restriction regarding to slope (higher than 30%). All procedures were repeated for the other three sub-basins. Palavras-chave: satélite images, watershed, morphometry; imagens de satélite, bacia hidrográfica, morfometria. 1. Introdução

A qualidade e quantidade dos recursos hídricos de uma bacia hidrográfica são reflexos do uso e ocupação do seu solo. A Carta Européia da Água estabelece que a gestão dos recursos hídricos deve inserir-se no âmbito da bacia hidrográfica natural e não no das fronteiras administrativas e políticas (Costa e Lança, 2001). No Brasil a Lei no 9.433 de 08 de janeiro

de 1997 estabelece em seus fundamentos que a bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos e atuação do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (BRASIL, 1997).

Para a elaboração de projetos de prevenção e defesa contra eventos hidrológicos como estiagens e enchentes, que ocorrem na bacia hidrográfica, os índices morfométricos e a classificação do uso do solo são importantes pressupostos. A análise dos parâmetros morfométricos pelo emprego de técnicas de processamento digital de imagens e Sistema de Informação Geográfica (SIG) constitui um instrumento adequado para a análise ambiental. A compartimentação geomorfológica no ambiente computacional auxilia o diagnóstico ambiental e estudos para a realocação das atividades humanas (Panquestor et al., 2002).

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2. Materiais e Métodos

A bacia rio do Peixe destaca-se como manancial de abastecimento público e industrial no meio-oeste de Santa Catarina e está compreendida entre os paralelos S 26°36' e 27°29' e os meridianos W 50°48' e 51°54'. O rio do Peixe é afluente da margem direita do rio Uruguai, que por sua vez, é tributário da bacia do rio da Prata (Figura 1).

Figura 1 – Localização do rio do Peixe/SC no sistema de drenagem da bacia do rio da Prata.

Para contemplar a totalidade da bacia rio do Peixe/SC foi composto um mosaico de quatro cenas de imagem do satélite Landsat 7/ETM+: órbita/ponto 221/078; 221/079; 222/078 e 222/079 de 12/08/2001. A imagem ortorretificada, nível 1 G de correção geométrica, com pixel de 30 m nas bandas de 1 a 7 e de 15 m na banda pancromática – banda 8,) em formato “GeoTiff” de 11 bits foi conformada ao datum horizontal South American Datum 1969 (SAD’69 – IBGE), meridiano central 51º 00’00" W) e ao datum vertical de Imbituba (SC) (Comitê Rio do Peixe, 2002).

No Laboratório de Topografia da Unoesc os arquivos dos mapas digitais plani-altimétricos foram processados com utilização do software ArcView GIS 8.2 para obtenção de medidas e leituras (Gomig, 2006). Aparelhos de sistema de posicionamento global (GPS) geodésico e de navegação serviram para o georreferenciamento de pontos de interesse. As curvas de nível digitalizadas (escala 1:100.000) foram obtidas do IBGE através da homepage da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Santa Catarina (Epagri, 2005).

Foram selecionadas quatro estações fluviométricas em razão da série histórica de dados de vazão disponibilizados online pela Agência Nacional de Águas (ANA, 2006) identificadas pelo nome e código da respectiva estação fluviométrica, a seguir: Rio das Antas, 72715000; Tangará, 72810000; Joaçaba, 72849000 e Piratuba, 72980000. As áreas de contribuição até a seção de controle de vazão considerada formam as sub-bacias objeto do estudo.

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Tabela 1 – Fórmulas de parâmetros morfométricos para a caracterização da bacia e do rio. Parâmetros para a bacia

Coeficiente de compacidade (Kc) A P Kc=0,28 Coeficiente de forma (Kf) L2 A Kf =

Índice de circularidade (Ic) 2

57 , 12 P A Ic= ⋅ Densidade hidrológica (Dh, rios/km2) A n Dh=

Relação de relevo da bacia

(Rr, %) L a Rr=∆ Densidade de drenagem (Dd, km/km2) A L Dd= ∑

Lado maior retângulo

equivalente (L, km) ⎥⎥ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = 2 12 , 1 1 1 * 12 , 1 * Kc A Kc

L Lado menor retângulo

equivalente (l, km) L P l = − 2 Coeficiente de manutenção (Cm, m2/m) = 1 ⋅1000 Dd

Cm Extensão média (I, km) do

escoamento superficial L A I ∑ = 4 Índice de Sinuosidade (Is, %) L E L Is=100( − v) Índice de Sinuosidade (Is, m/m) dv L Is= Declividade do canal (álveo) (S, m/km) L H

S =∆ Tempo de concentração (Giandotti, horas)

H L A Tc 80 , 0 5 , 1 4 + =

Onde: P = perímetro; A = área; L = comprimento do canal principal; n = número de canais; Ev = comprimento do canal em linha reta ou dv = distância vetorial; a= amplitude altimétrica da bacia, ∆H= diferença de altitude (canal) e H = altura média (cota média – cota mínima).

A classificação do uso e ocupação do solo contemplou a utilização de bandas monocromática, razão da escolha de imagem do programa “Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres (CBERS)”, ano de 2003, escala 1:25.000, com pixel de 20 m, pela facilidade na identificação de cores dessa imagem pelo ArcView. Foi realizado o georreferenciamento da imagem e a classificação supervisionada em sete classes, cada uma delas correspondendo a uma faixa radiométrica. Para a aptidão do solo foram adotadas cinco classes representadas pelas porcentagens de 0 a 5%; de 5 a 10%, de 10 a 30%, de 30 a 100% e acima de 100% correspondendo às áreas de preservação permanente (Gomig, 2006).

2. Resultados e Discussão

A Figura 2 mostra o traçado das quatro sub-bacias inicialmente na imagem e depois no

recorte representando as respectivas áreas de drenagem de cada sub-bacia.

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A altimetria para cada sub-bacia estudada isoladamente pode ser vista na Figura 3 nas seções de controle de vazão de Rio das Antas (P1), Tangará (P2), Joaçaba (P3) e Piratuba (P4), equivalente a toda a bacia do rio do Peixe.

Sub-bacia P1 Sub-bacia P2 Sub-bacia P3 Bacia rio do Peixe P4

Figura 3 – Delimitação progressiva das sub-bacias componentes da bacia rio do Peixe/SC.

A bacia rio do Peixe/SC é representada pelas cores hipsométricas em curvas de nível de 50 em 50 m (Figura 4).

Figura 4 – Hipsometria indicando os níveis altimétricos na bacia rio do Peixe/SC.

A altitude máxima da bacia é de 1350 m, delimitada pela serra da Taquara Verde na porção noroeste do estado de Santa Catarina. A altitude máxima do canal principal, rio do Peixe é de 1250 m. As curvas hipsométricas das sub-bacias P1, P2, P3 e P4 (toda a bacia rio do Peixe) e respectivas altitudes máximas, mínimas, medianas e médias são mostradas na

Figura 5.

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Figura 5 – Curvas hipsométricas das sub-bacias e bacia rio do Peixe e respectivas altitudes.

Tabela 2 – Resumo dos parâmetros morfométricos de cada sub-bacia e bacia rio do Peixe/SC

Parâmetro P1 P2 P3 P4

Área (A, km²) 801,07 2016,64 3721,09 5238,39

Perímetro total (P, km) 148,33 226,16 311,60 415,74

Extensão do rio principal (L, km) 87,53 156,55 198,35 307,41

Extensão do rio principal em linha reta (Ev, km) 27,06 48,69 64,24 113,25 Comprimento da malha fluvial (∑L, km) 220,46 654,10 1335,74 1957,32

Número de rios (n) 20 53 105 156

Diferença de nível na bacia (∆a, m) 575 725 875 963

Diferença de nível no rio (∆H, m) 475 625 775 863

Coeficiente de compacidade (Kc) 1,47 1,41 1,43 1,61

Coeficiente de forma (Kf) 0,10 0,08 0,09 0,06

Índice de circularidade (Ic) 0,46 0,50 0,48 0,38

Densidade de drenagem (Dd, km/km2) 0,28 0,32 0,36 0,37

Densidade hidrológica (Dh, rios/km2) 0,02 0,03 0,03 0,03

Extensão média do escoamento superficial (I, km2/km) 0,91 0,77 0,70 0,67

Índice de Sinuosidade (Is, m/m) 3,2 3,2 3,1 2,7

Índice de Sinuosidade (Is, %) 69,1 68,9 67,6 63,2

Índice de Pendência, relação de relevo (Rr, %) 6,5 4,6 4,4 3,1

Declividade do rio (S, m/km) 5,4 4,0 3,9 2,8

Altura média da bacia (H, m) 267 371 469 489

Coeficiente de manutenção (Cm, m2/m) 3634 3083 2786 2676

Retângulo equivalente (L, km) 61,04 90,89 126,35 178,53

Retângulo equivalente (l, km) 13,12 22,19 29,45 29,34

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O aspecto não compacto da bacia com valor de Kc oscilando entre 1,41 (P2) e 1,61 (P4) indica a menor propensão à enchentes quando comparado a uma bacia circular (Kc =1). O fator de forma Kf decrescendo de 0,11 a 0,06 confirma o estreitamento no formato da bacia de montante para jusante, indicando menores chances de picos elevados de enchentes na bacia. A característica alongada da bacia é reiterada pelo índice de circularidade máximo de 0,50.

Os baixos valores de densidade hidrológica (Dh ≈ 0,03 rios/km2) e de drenagem (Dd de 0,3 a 0,4 km/km2) encontrados são devidos à contagem e medição apenas de 156 rios já codificados (Zanette, 2003) na bacia do Peixe. O valor não pode ser comparado com o índice de 0,5 km/km2 que resultaria em bacia com drenagem pobre. Esses valores estão bem aquém dos recursos de visualização na imagem digital de 1:25.000 exigindo uma releitura. Na escala 1:100.000 a classificação segundo Strahler (Villela e Mattos, 1975) é rio de “quarta ordem”.

A sinuosidade dos canais é influenciada pela carga de sedimentos, pela compartimentação litológica, estruturação geológica e pela declividade dos canais segundo Lana (2001). O índice de sinuosidade obtido de 2,7 a 3,2 m/m enquadra o canal como tortuoso (valores superiores a 2,0). O mesmo índice em valor percentual superior a 60 corresponde a um rio classe V, muito sinuoso conforme classificação de Christofoletti (1981).

A relação de relevo da bacia (Rr de 3 a 6,5%) e a declividade do rio (mostram a predominância de áreas onduladas. Uma primeira classificação por faixa de declividade foi realizada com o uso da imagem de satélite CBERS. Essa interpretação incluiu a separação de áreas em cinco faixas de declividade, com um enfoque ambiental. Faixas de 30 a 100% são passíveis de utilização, porém não de parcelamento e as declividade superiores a 100% ou 45º são áreas de preservação permanente (APP). A Tabela 3 mostra quatro classes em virtude de que as declividades superiores a 100%, ou áreas de preservação permanente, resultaram em 0,04 km2, 0,22 km2, 0,50 km2 e 0,90 km2 respectivamente para as sub-bacias de 1 a 4, sem

valor percentual.

Tabela 3 – Aptidão do solo expressa em porcentagem de área em faixas de declividade

Declividades Área P1, % Área P2, % Área P3, % Área P4, %

0 - 5% 65,6 52,7 44,1 41,6

5 - 10% 12,3 13,7 14,3 14,3

10 - 30% 20,2 28,6 33,6 34,9

30 - 100% 1,9 5,0 8,0 9,2

A Tabela 4 sumariza os valores percentuais de uso real do solo encontrados em cada uma das sub-bacias do rio do Peixe através da classificação supervisionada de sete temas, com o uso de imagem do satélite CBERS.

Tabela 4 – Uso real do solo, áreas obtidas com uso de imagem do satélite CBERS.

Classes Área P1 (%) Área P2 (%) Área P3 (%) Área P4 (%)

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A sub-bacia de montante (P1) destaca-se pela área destinada ao reflorestamento e às culturas anuais, em detrimento da vegetação nativa. Também contempla o maior conglomerado urbano, representado pela cidade de Caçador (Figura 5). A sub-bacia P3 proporcionalmente atinge os melhores valores de preservação da mata nativa e em transição.

Figura 5 – Uso real do solo em sete classes na bacia rio do Peixe/SC.

Para a bacia rio do Peixe a soma da mata nativa e em regeneração alcança a percentagem de 9,5% (2002), inferior ao valor estadual de 29% em 1992 (Fatma, 1995) de florestas primárias e secundárias. Em comparação são ocupados 40,4% da área em reflorestamento (2002) contra a média de 4% em Santa Catarina (1992) (Fatma, 1995).

5. Conclusões

Os parâmetros morfométricos devem ser considerados no conjunto para bem caracterizar a bacia rio do Peixe. A comparação dos resultados obtidos indica que a qualidade de resolução das imagens de satélite Landsat 7 e CBERS e os recursos do sistema de informações geográficas permitem ampliar a leitura de informações, não esgotadas no presente trabalho.

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As faixas de declividade para a bacia foram: de 0 a 5%, 2.179 km² (41,6%); de 5 a 10%, 747 km² (14,3%); de 10 a 30%, 1.830 km² (34,9%); de 30 a 100%, 481 km² (9,2%) e com mais de 100% de declividade, ou seja, área de preservação permanente, 0,90 km². O ensaio deverá ser repetido para outros intervalos recomendados (Cardoso, 2006) para refinar a classificação por declividade.

Referências

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